Космические огурцы раскрывают секреты выживания растений
Растения могут контролировать направление роста корней, чтобы максимально использовать ресурсы. Они чувствуют гравитацию с помощью специализированных клеток и перераспределяют гормоны ауксины для стимуляции роста. Однако механизм этого транспорта на клеточном уровне оставался загадкой. Чтобы изучить его, японские исследователи прорастили семена огурцов в условиях микрогравитации на борту Международной космической станции (МКС).
Огурцы (как и другие тыквенные: дыни, тыквы, кабачки) были выбраны потому, что у их проростков есть специальные выступы — пegs (колыбельки). Их формирование регулируется гравитацией. Эти структуры помогают семени сбросить твёрдую оболочку и закрепить развивающееся растение в почве до формирования корней.
- Если семя перед прорастанием расположено вертикально (корешок вниз) или находится в микрогравитации, колыбелька образуется с обеих сторон.
- Если семя лежит горизонтально, формирование колыбельки на верхней стороне подавляется в ответ на гравитацию.
В новом исследовании, опубликованном в журнале Nature Microgravity, команда под руководством Хидэюки Такахаси из Университета Тохоку показала ключевую роль в этом процессе гравитационно-чувствительного белка CsPIN1, который, как предполагалось ранее, облегчает транспорт гормонов роста.
Эксперимент на МКС:
- Семена огурцов в специальных контейнерах доставили на МКС.
- Проростки выращивали в условиях микрогравитации 24 часа.
- Затем часть проростков оставили в невесомости, а другую часть подвергли гравистимуляции, создав центробежной силой условия в 1g на два часа.
Важной задачей была фиксация образцов на станции для последующего анализа на Земле. Стандартный фиксатор (этанол, хлороформ, уксусная кислота) был запрещён правилами безопасности МКС. Учёные разработали альтернативу на основе смеси уксусной кислоты, этанола и дистиллированной воды.
Результаты:
Используя технику окрашивания, исследователи обнаружили, что под влиянием гравитации белок CsPIN1 меняет своё расположение в клетках. Это происходит в переходной зоне проростка (между стеблем и корнем), где формируются колыбельки. Такое перераспределение белка, по-видимому, стимулирует образование клеточного "канала", способного транспортировать гормоны роста с одной стороны зоны на другую.
"Этот результат помогает объяснить регулируемое гравитацией снижение уровня ауксина и, как следствие, подавление формирования колыбельки на верхней стороне горизонтально растущих проростков огурца", — поясняет Хидэюки Такахаси.
Проще говоря, открыт механизм, позволяющий семенам "включать" и "выключать" рост якорных структур в зависимости от их ориентации относительно гравитации, что повышает их шансы на выживание. Работа представляет собой новый шаг в понимании жизни растений.